JP4868125B2 - フォトマスク補正方法、フォトマスク、露光方法、及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソエレクトロニクス分野に関わる露光工程全般、とりわけカラーフィルター製造におけるパターニング焼付け露光工程に関する。

一般に、液晶パネル用カラーフィルターは、微細な黒、赤、緑、青等のパターンからなる光学素子である。その製造方法としては、印刷法、転写電子写真法、インクジェット法等があるが、一般的な手法としてはフォトリソグラフィ技術を用いた方法（以下、フォトリソ法という）が挙げられる。このフォトリソ法はガラス等の基板に感光性のレジスト等を塗布する工程、露光工程、露光された基板から不要なパターン部分のレジスト等を除去する現像工程、オーブンやホットプレート等によって基板を焼成させることによって、必要なパターンの製品に要求される耐光性、耐溶剤性、耐熱性、密着強度等の必要物性を発現させる焼成工程等の各工程からなる。
また、各色について逐次同様の各工程が繰り返されることによって複数の色素を具備するカラーフィルターが完成する。

ここで、上述の露光工程は、被露光基板である感光剤等を含有するレジスト等が塗布された基板等に、所望のパターンを開口部・遮光部にて描画されたネガ型またはポジ型のフォトマスクを介して、ある波長域の電磁波、例えば紫外線等または電子線等を照射して所望のパターンを硬化させる工程のことであり、現像工程と並びフォトリソ法の中でもパターンの形状を左右する重要な工程である。これらの工程で所望のパターンを精度よく露光・現像することによって高品質なカラーフィルターを作成することが可能となる。

また、露光方法には、大きく分けて、近接露光方式と投影露光方式とがある。
近接露光方式は、別名プロキシミティー露光方式とも呼ばれ、両者ともフォトリソ法では広く普及している技術である。
近接露光方式とは、所望のパターンに対して開口部・遮光部を具備されたフォトマスクと基板間に一定のギャップを設けて重ねた状態で、平行光を照射することによって、フォトマスクパターンを基板に転写する方式である。とりわけカラーフィルター製造工程においては著しく普及した一般的な技術で、原理も簡潔である。

しかし、近接露光方式の欠点の一つとして、平行光のフォトマスク透過時における光の回折・干渉が挙げられる。フォトマスクパターン内のコーナー部等では、この光の回折・干渉によって開口部と遮光部の境界で光の強度にぼやけが発生し易い。従って、このコーナー部に対して、基板に丸みを帯びてしまったパターンを解像することになってしまい、結果所望のパターンを高精度で露光・現像することはできない。特にコーナー部等が多い複雑形状をパターンに所望する場合は高品質なカラーフィルターを作成することが非常に困難であるといった問題点があり、この解決が課題となっている。

この問題点は上述したフォトマスクと基板とのギャップを極端に縮めることによってある程度は回避することが可能である。
しかし、製品の品質を確保するためには、極端に縮めたギャップをフォトマスク面内で精度良く均一にする必要があり、そのためには微妙な調整が必要不可欠となる。そして、その調整には非常に高度な技術が要される。

さらに、前工程である塗布工程等において何らかの理由でガラス基板上に異物等が付着してしまった場合、フォトマスク・基板間のギャップを極端に縮めたことによって基板上の異物等がフォトマスクに付着してしまい、それらを介して露光工程が行われることによって製品に欠陥が発生し、結果製品の品質を著しく低下させてしまうといった可能性があるため、フォトマスクと基板のギャップを極端に縮めることは好ましい方法では無い。

一方、投影露光方式はフォトマスクとガラス基板との間にレンズ、またはミラーを設けて、フォトマスクに描画されたパターンを基板上に結像させるといった原理・方式であるため、近接露光方式と比較して解像性が非常に高いといった特徴がある。また、投影露光方式では、フォトマスクと基板との間の距離も充分離れているため、近接露光方式のようなフォトマスクへの異物付着の恐れもなく、それらによる欠陥を製品に発生させる心配も無い。

しかし、通常、投影露光装置はその構造上光学系が複雑となり近接露光方式と比較してイニシャルコストが数倍と非常に高価であるといった問題点がある。
よって新たに装置設備を導入した場合、初期の投資コストはランニングコストと同様に重要なファクターであるため、露光装置が近接露光方式から投影露光方式へ移行することは収益面で望ましい形態とは言えない。
従って前述の通り現在近接露光方法における課題の一つである高精細化が強く望まれている。

近接露光方法における高精度化を実現する方法として、光源、レンズ等光学系の改良、感光剤等材料の改良やフォトマスクの補正等が考えられている。
例えばフォトマスクの補正とは、フォトマスクパターンに補助的なパターンを付与させ、強制的に所望のパターンを基板に解像させる方法のことであり、半導体分野ではＯＰＣとして一般的に使われている手法である。（特許文献１ 特開２００１−１００３８９）

一方、カラーフィルターの分野では、フォトマスクの調整方法としてフォトマスクパターンのコーナー部に対して補助的なパターンを付与させるフォトマスク補正方法、露光方法、および露光装置が提案されている。

しかしながら、上述した従来のフォトマスク補正方法、露光方法、および露光装置では、その補正パターンが複雑化しやすく、それらを具備したフォトマスクの設計が困難であり、従って容易にフォトマスクを作成することができないといった問題点があった。

そこで本発明は、高価な投影露光方式の露光機を使用せずに、安価な近接露光方式の露光機を使用して露光パターンの高解像度化を容易に実現するためのフォトマスク補正方法、フォトマスク、露光方法、及び露光装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明のフォトマスク補正方法は、近接露光方式に使用するフォトマスクの補正方法であって、前記フォトマスクのマスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。
また本発明のフォトマスク補正方法は、近接露光方式に使用するフォトマスクの補正方法であって、前記フォトマスクのマスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。

また本発明のフォトマスクは、近接露光方式に使用するフォトマスクであって、マスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。
また本発明のフォトマスクは、近接露光方式に使用するフォトマスクであって、マスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。

また本発明の露光方法は、近接露光方式によって露光を行う露光方法であって、フォトマスクのマスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。
また本発明の露光方法は、近接露光方式によって露光を行う露光方法であって、マスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。

また本発明の露光装置は、近接露光方式によって露光を行う露光装置であって、フォトマスクのマスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。
また本発明の露光装置は、近接露光方式によって露光を行う露光装置であって、マスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、高価な投影露光方式の露光機を使用せず、安価な近接露光方式の露光機を使用しながら露光工程で使用するフォトマスクに、線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下で、かつ開口部の外周の遮光部分との間の間隔が０．５μｍ以上であるの遮光補正パターンまたは遮光部の外周の開口部分との間の間隔が０．５μｍ以上である開口補正パターンを設けることにより、フォトマスクを容易に補正することができる。
これにより、露光パターンの高解像度化が実現できるため、所望とするパターンが複雑な形状をしていてコーナー部が多いような場合であっても、高品質な製品を容易に作製することができる。

以下に、本発明におけるフォトマスク補正方法、フォトマスク、露光方法及び露光装置について、その実施の形態を図１乃至図９に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による露光方法で使用する近接露光装置の概略構成図である。
図示のように、本例の近接露光装置は、露光光源ランプ１、楕円ミラー２、コールドミラー３、フィルター４、インテグレーターレンズ５、コリメーションミラー６、反射ミラー７、マスク８を有して構成されている。
露光光源ランプ１からの光は、楕円ミラー２を経てコールドミラー３で反射し、フィルター４、インテグレーターレンズ５、コリメーションミラー６、反射ミラー７マスク８を経て、ガラス基板（被露光基板）１０上に塗工された感光剤９を露光する。

光源ランプ１については特に限定するものではないが、極間が小さく、なるべく点光源となるものが望ましい。出力を上げるなどの影響により極間が広くなった場合は、正規分布する強度がブロードになり、インテグレーターレンズ５におけるエネルギー損失が大きくなるためである。
なお、本発明にて課題とする解像性の向上は、光学系に依存する部分も大きい。したがって、光源ランプの輝線の分布やそのミラー系の材質、さらにインテグレーターレンズの形状や大きさに起因するコリメーション半角等も適正な条件で実施することが望ましい。
前述の通りフォトマスクと感光剤が塗布された基板とのギャップは、異物等の混入を防ぐために、前記ギャップを５０μｍ以上、望ましくは２００μｍ程度にて露光した方が良い。

図２は代表的な矩形パターンを示しており、１１はフォトマスクに描画した３０μｍ程度を想定した正方形の開口パターンである。本形状は１２ａ〜ｃの合計４箇所の９０度コーナーを持ち、何も補正をかけていない。

図３は図２のフォトマスクパターンを使用してネガ感光材を露光した場合に得られたパターン１３を示している。このパターン１３は、フォトマスクパターン１１とは異なり、４箇所のコーナーが丸みを帯びて突き出し、逆に辺の部分が窪んで歪んだ形状となる。
これは、コーナー部での光の干渉により強度が高くなるためである。パターン１１の矩形は４箇所のコーナーを持つために、光強度の高い部分が４箇所でき、結果として、その裾野が解像されるために、パターン１３のような歪んだパターンが得られることになる。
この現象はパターン１１の正方形に限らず、鋭角から鈍角に至るまで、全てのコーナー部で発生する現象で、とりわけ三角形等の鋭角のコーナーを持つ形状ほどその傾向は顕著に現れる。

図４は開口部内に遮光補正パターン１５を持つネガ型フォトマスクパターン１４を示している。なお、１６ａ〜１６ｄは、フォトマスクパターン１４のコーナー部を示している。
このパターン１４では、図２に示した開口部と同様の正方形の開口部１４ａを有すると共に、その開口部１４ａ内に、外周の遮光部分１４ｂに沿って遮光補正パターン１５を設けたものである。遮光補正パターン１５は、開口部１４ａのコーナー部を含む全周にわたって形成され、矩形ループ状に形成されている。
このような補正パターン１５を付与したことにより、実際には解像されないレベルの強度をもつ光等がコーナー部に発生する。これによって外周と補正パターンの直角部頂点が引っ張り合うような形で、最終的に基板上に形成されるパターンは、例えば図８に示すパターン３０のように、歪みも小さく、コーナーの丸み、すなわちＲ値も小さく抑えた形状を得ることができる。

図５は凸と凹のコーナーが組み合わされる複雑な形状のネガ型フォトマスク１７に補正パターン１８を付与させる方法を示したものである。なお、１９ａ、１９ｂ、１９ｃはフォトマスクパターン１７のコーナー部、１９ｄ、１９ｅは補正パターン１８のコーナー部を示している。
コーナー部１９ｂにおいては、補正パターンが無い場合、光の強度が鋭角のコーナー部では大きく増すため、解像される形状は大きく膨らみ丸みを帯びてしまう。ここで図５に示すような補正パターンが付与されれば、コーナー部１９ｅにおいても実際には解像されない強度の光等が生じ、これらが引っ張り合うような形で、最終的にコーナーの丸みを小さく抑えたパターン形状を基板上に得ることができる。
また、コーナー部１９ａにおいては、補正パターンが無い場合では若干ではあるが光の強度が増し、解像される形状は緩やかにだれたラインになるが、補正パターンが付与されれば、コーナー部１９ｄにおいても実際には解像されない強度の光等が生じ、これらが引っ張り合うような形で、最終的にコーナーの丸みを抑えたパターン形状を基板上に得ることができる。
また、直線部分は端部に生じる若干強い光と補正パターンにより生じた実際には解像されない強度の光とが引っ張り合うような形で、ほぼ中間位置が基板に解像されることになる。
以上により、複雑な形状であっても補正パターンを付与させることによって歪みも小さく、コーナーの丸みも小さく抑えた形状を基板上に解像することができる。

補正パターンはコーナー部分を除けば、非連続であっても特に問題は無い。図６は連続的な例であり、図７は非連続的な例である。図６において、複雑形状のネガ型フォトマスクパターン２０に、連続的な補正パターン２１が形成されている。また、図７において、複雑形状のネガ型フォトマスクパターン２２に、非連続的な補正パターン２３が形成されている。
すなわち、補正パターンを使用した場合はフォトマスクが図６、図７で示されるような複雑な形状であっても単純に外周に沿って前記補正パターンを付与すれば良いので、所望される様々なフォトマスクパターンに対して容易に補正パターンを作成することができる。

なお、補正パターンの線幅には適正値がある。使用するレジスト等の感度、光源の波長域、照度等の条件等により実際に解像されてしまう線幅は異なるが、カラーフィルター用レジストを使用した場合、一般的に線幅が８μｍを超えると実際に解像されてしまう恐れがある。さらに補正効果を発揮するためには、０．５μｍ以上の線幅が必要である。さらに、補正パターンと遮光部外周の真ん中より基板に解像されることになるので補正パターンと外周の間隔は一定でなければならず、０．５μｍ以上であることが望ましい。

また、図４乃至７では、マスクパターンとしての開口部内に遮光補正パターンを設けているが、逆にマスクパターンとしての遮光部内に開口補正パターンを設けても良い。
また、図４乃至７ではネガレジストを使用したネガ型フォトマスク使用時を想定しているが、逆にポジ型フォトマスクを使用した場合は、遮光部内または開口部内にコーナー部を含む外周の開口部分に沿って開口補正パターンまたは遮光補正パターンを設ければ良い。いずれの場合もその線幅は、前記と同様に０．５μｍ以上、８μｍ以下にすれば良い。

以下、実施例を説明する。
露光光学系は図１に示した一般的なもので、ランプは２kＷのものを使用した。また、コリメーション半角は２°の固定で行った。
図７で示す通り複雑な形状の開口パターンに対して遮光部分に沿って遮光補正パターンを設けた。その線幅は２．０μｍであった。また、前記補正パターンは外周との間隔は一定であり２μｍであった。
現像工程、焼成工程を経た後基板を確認したところ、最終的に基板上に形成されたパターンのRも極小であり、形状歪みもほとんど見られずカラーフィルターの要求されるパターン形状を確保することができた。
（比較例１）

補正パターンを使用しない以外は、実施例１と同様にしてネガ露光を行い、図９に示すパターン３１を形成した。
そして、現像工程、焼成工程を経た後、基板を確認したところ、最終的に基板上に形成されたパターンのコーナー部の形状が丸まってしまい、実施例１の品質には到達することができなかった。
（比較例２）

補正パターンの線幅を１０μｍにした以外は前記実施例１と同様にしてネガ露光を行った。そして、現像工程、焼成工程を経た後、基板を確認したところ、補正パターン部分では露光が行われず、結果所望の形状のパターンを基板上に形成することができなかった。

本発明の実施の形態による露光方法で使用する近接露光装置の概略構成図である。 補正無しネガ型フォトマスクパターンの一例を示す平面図である。 図２に示す補正無しネガ型フォトマスクパターンにて露光した際に解像されたパターン形状を示す平面図である。 本発明の実施の形態による補正パターンを付与したネガ型フォトマスクパターンの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態による補正パターンを付与した複雑形状のネガ型フォトマスクパターンの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態による連続的な補正パターンを付与した複雑形状のネガ型フォトマスクパターンの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態による非連続的な補正パターンを付与した複雑形状のネガ型フォトマスクパターンの一例を示す平面図である。 図４に示すネガ型フォトマスクによって最終的に基板上に形成されるパターンの一例を示す平面図である。 補正無しの図７と同様な複雑形状のネガ型フォトマスクパターンの一例を示す説明図である。

符号の説明

１……露光光源ランプ、２……楕円ミラー、３……コールドミラー、４……フィルター、５……インテグレーターレンズ、６……コリメーションミラー、７……反射ミラー、８……マスク、９……感光剤、１０……ガラス基板。

Claims (8)

1. 近接露光方式に使用するフォトマスクの補正方法であって、
   前記フォトマスクのマスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、
   前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とするフォトマスク補正方法。
2. 近接露光方式に使用するフォトマスクの補正方法であって、
   前記フォトマスクのマスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、
   前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とするフォトマスク補正方法。
3. 近接露光方式に使用するフォトマスクであって、
   マスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、
   前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とするフォトマスク。
4. 近接露光方式に使用するフォトマスクであって、
   マスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、
   前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とするフォトマスク。
5. 近接露光方式によって露光を行う露光方法であって、
   フォトマスクのマスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、
   前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とする露光方法。
6. 近接露光方式によって露光を行う露光方法であって、
   マスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、
   前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とする露光方法。
7. 近接露光方式によって露光を行う露光装置であって、
   フォトマスクのマスクパターンとして形成される開口部内に、前記開口部の外周の遮光部分に沿って一定線幅の遮光補正パターンを設け、
   前記遮光補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記遮光補正パターンと前記開口部の外周の遮光部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とする露光装置。
8. 近接露光方式によって露光を行う露光装置であって、
   マスクパターンとして形成される遮光部内に、前記遮光部の外周の開口部分に沿って一定線幅の開口補正パターンを設け、
   前記開口補正パターンの線幅が０．５μｍ以上、８μｍ以下であり、
   前記開口補正パターンと前記遮光部の外周の開口部分との間の間隔は一定であり、かつ前記間隔が０．５μｍ以上である、
   ことを特徴とする露光装置。

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